 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Понятие о турбулентности. Число Рейнольдса. Самоорганизация нелинейных диссипативных систем
В механике и статистической физике мы уже сталкивались с двумя типами движения, которые отличаются друг от друга по следующим признакам:
1. Чисто механическое движение, как правил, имеет мало степеней свободы.
2. Статистическая физика вводит понятие теплового хаотического движения частиц, однако это движение так же не отличается большим числом степеней свободы, но является часто непредсказуемым и запутанным.
Кроме того в природе имеет еще один тип движения, которое характеризуется огромным числом степеней свободы. Это так называемое турбулентное движение.
Это движение играет очень важную роль как в объяснении многих чисто физических процессов, так и при объяснении ряда процессов выходящих за рамки физики.
Если говорить строго, то по числу степеней свободы все движения характеризуются следующим образом:
1. Ламинарное движение большого числа частиц. Оно характеризуется одной степенью свободы и полным отсутствием каких-либо флуктуаций.
2. Тепловое хаотическое движение большого числа частиц. Здесь важную роль играют флуктуации, т.е. самопроизвольные отклонения микроскопических величин. Это движение характеризуется большим числом степеней свободы, однако, поскольку отклонения существуют лишь на микроуровне, то любое усреднение по какому-либо из параметров в итоге дает нуль.
3. Турбулентное движение большого числа частиц. Это движение характеризуется огромным числом степеней свободы. При этом минимальный пространственный масштаб турбулентного движения всегда макроскопичен, т.е. усреднение не дает нуль.
Турбулентное движение может возникать различными способами. Рассмотрим один из них. В частности, если например у нас имеется ламинарный поток жидкости, то при повышении скорости его движения наступает некий критический момент, когда ламинарное движение переходит в турбулентное. Математический переход от ламинарного движения к турбулентному принято характеризовать числом Рейнольдса:
,
здесь u – средняя скорость движения потока частиц, L – характерный пространственный масштаб системы, а v – кинематическая вязкость.
Существует некоторое критическое значение числа Рейнольдса, при котором и происходит переход от ламинарного движения к турбулентному R кр (
– ламинарное; 
– турбулентное). При этом число степеней свободы, которые характеризуют турбулентное движение, можно определить по следующей оценочной формуле:
.
Поиск по сайту: